JP2551334B2 - 動き補償フレーム間符号化方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動画像、音声を効能率
に符号化し伝送する動画像符号化方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】映像信号の情報圧縮を行い、低ビットレ
ートでの映像伝送を可能とする画像ＣＯＤＥＣ（符号及
び複号器）は、符号化効率のアップを目的に、動き補償
フレーム間符号化アルゴリズムを採用している。動き補
償フレーム間符号化は、現フレーム入力画像信号と前フ
レームの復号画像信号から得られる動物体の動きベクト
ルを元に、動き補償予測画像信号を求め、入力画像信号
との差分を計算し、時間的冗長度を除くものである。

【０００３】テレビ会議、テレビ電話を目的とした動画
像符号化装置では、画像情報の高能率符号化アルゴリズ
ムの１つとして、図２に示す動き補償フレーム間符号化
方式が採用されている。

【０００４】図２に示すアルゴリズムは、入力画像信号
１００と前フレームの局部復号画像１０３とを入力とす
る動き検出器（ＭＤ）２５によって検出した動きベクト
ル量１０５を基に可変メモリ（ＶＭ）２４を制御するこ
とにより得られる動き補償された前フレームの画像信号
１０４を差分器２１でフレーム間差分を取ることにより
時間方向の冗長を除いている。

【０００５】ここで、動きベクトル検出方法は、一般的
に入力画像１００と前フレームの局部復号画像１０３を
小ブロックに分割して、それぞれのブロック毎に行なわ
れる。例えば入力画像信号１００を１６×１６の小ブロ
ックＡ（ｉ，ｊ）に分割し、前フレームの局部復号画像
１０３を１６×１６小ブロックＢ（ｉ，ｊ）に分割した
例では、最適動きベクトルＶ（ｘ，ｙ）は、数式１で得
られる。

【０００６】

【数１】

【０００７】次に、差分器２１からの動き補償フレーム
間差分信号を例えば、８×８の小ブロックに分割した信
号を直交変換器２６で直交変換を施し、直交変換器２６
の出力信号１０５を量子化器２７でスカラ量子化を施す
ことにより空間的冗長を除いている。

【０００８】量子化器２７の出力信号１０６は，逆量子
化器２８に入力される。逆量子化器２８は、その出力信
号１０７を直交逆変換器２９に入力する。さらに、直交
逆変換器２９の直交変換の空間領域信号１０８と動き補
償された画像信号１０４とを加算器２２で加算すること
により局部復号信号１０２を得る。局所復号信号１０２
は、フレームメモリ２３に格納され次のフレームの符号
化に使用される。

【０００９】しかし低ビットレート符号化の場合、伝送
できる情報が極端に低いため、量子化を粗くして発生す
る情報を抑える必要がある。粗い量子化を施して得られ
る復号画像信号には雑音が多く発生する。入力ブロック
Ａ（ｉ，ｊ）が静止したブロックにもかかわらず、前フ
レームの復号画像信号に含まれている量子化雑音の影響
により数式１で得られた動きベクトルが最適とならない
場合があり、逆に情報量を増やす結果となり、動きベク
トル０とする方が発生情報量が減少する場合がある。

【００１０】従来、上述した問題を防ぐため、数式２で
得られる動きベクトル０の評価値Ｖ(0,0) と最適と判断
された動きベクトルＶ（ｘ，ｙ）とを比較し、数式３の
判定式で得られた結果を最終最適動きベクトルＶ′
（ｘ，ｙ）とする方法がある。

【００１１】

【数２】

【００１２】

【数３】

【００１３】（参照公報；特開平２−１７１０９２号公
報、特開平２−２９６４７８号公報、及び特開昭６３−
１２１３７４号公報）

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た動き補償ＯＮ／ＯＦＦ判定方法では判定しきい値が固
定であり、量子化により発生する雑音によっては最適と
ならない場合がある。

【００１４】即ち、動き補償を施すことにより大きな情
報量圧縮が得られるが量子化による雑音が発生する場
合、微小な動きに対する動き検出を誤る確率が高くなり
逆に情報量を増やす結果となる場合がある。微小な動き
に対しては、動き補償をＯＦＦと判定するしきい値Ｔを
設け量子化雑音による情報量増加を防ぐ方式が取られて
きた。

【００１５】しかしながら判定しきい値Ｔは全ての量子
化に最適に設定する方法がなく妥当と思われる固定の値
に設定されている場合が多く、微小な動きに対する動き
補償効果がなくなり、逆に大きな雑音を含む入力画像の
場合、動き補償により発生情報量が増加するという問題
がある。

【００１６】そえ故に本発明の課題は、前フレームの量
子化の粗さに応じて動き補償を行うか否かのしきい値を
適応的に変え、しきい値以上の場合、動き補償ＯＦＦと
する動き補償フレーム間符号化方式を提供することにあ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、入力動
画像信号と前フレームの画像信号とを小ブロックに分割
し、それぞれ小ブロック毎に検出した動きベクトルをも
とに動き補償を施す手段と、前記動き補償を施す手段か
ら出力される画像信号と前記入力動画像信号とを減算す
ることで得られる動き補償フレーム間差分信号を直交変
換処理する直交変換器と、フレーム毎に量子化特性を制
御する量子化制御器と、該量子化制御器からの特性指示
に応じて前記直交変換器からの信号を量子化する量子化
器と、該量子化器からの量子化番号と前記量子化制御器
からの量子化特性指示をもとに逆量子化を施し量子化代
表値を求める逆量子化器とを含み、該逆量子化器からの
量子化代表値を直交逆変換後の出力と前記動き補償を施
した前記画像信号とを加算し、復号画像を得る動き補償
フレーム間符号化方式において、前記量子化制御器に格
納されている前記前フレームの量子化特性に応じて、前
記動き補償を施すか否かのしきい値を制御することを特
徴とする動き補償フレーム間符号化方式が得られる。

【００１８】

【００１９】

【作用】本発明は、入力画像信号と前フレームの画像信
号を小ブロックに分割し、それぞれブロック毎に検出し
た動きベクトルを元に動き補償を施した画像信号と、入
力画像信号との差分を求め時間的冗長を除いた後、直交
変換と量子化により空間的冗長を除いて伝送するもので
ある。符号化された画像信号は、次フレームの符号化の
ため、逆量子化と逆直交変換後、動き補償画像信号と加
算されてフレームメモリに格納される。動き検出器は、
前フレームの量子化の粗さに応じて動き補償を行うか否
かのしきい値を適応的に変える。

【００２０】

【実施例】図１は、本発明の動き補償フレーム間符号化
方式の一実施例を示している。

【００２１】図１を参照して、動き補償フレーム間符号
化方式は、入力動画像信号と前フレームの画像信号とを
小ブロックに分割し、それぞれ小ブロック毎に検出した
動きベクトルをもとに動き補償を施す手段と、動き補償
を施す手段から出力される画像信号と入力動画像信号と
を減算することで得られる動き補償フレーム間差分信号
１２を直交変換処理する直交変換器２と、フレーム毎に
量子化特性を制御する量子化制御器１０からの特性指示
に応じて直交変換器２からの信号を量子化する量子化器
３と、量子化器３からの量子化番号１５と量子化制御器
１０からの量子化特性指示をもとに逆量子化を施し量子
化代表値を求める逆量子化器４とを有している。

【００２２】逆量子化器４からの量子化代表値１７を直
交逆変換後の出力と動き補償を施した画像信号２２とを
加算し、復号画像を得るものである。量子化制御器１０
に格納されている前記前フレームの量子化特性に応じ
て、動き補償を施すか否かのしきい値を制御する。

【００２３】この動き補償フレーム間符号化方式では、
動画像入力画像１１を１６×１６の小ブロックＡ（ｉ，
ｊ）に分割し、フレームメモリ７に格納されている前フ
レームの局部復号画像２０を１６×１６小ブロックＢ
（ｉ，ｊ）に分割し、動き検出器９に入力する。動き検
出器９は、入力小ブロックＡ（ｉ，ｊ）と幾つかの試行
ベクトルＶ（ｘ，ｙ）により小ブロックＢ（ｉ，ｊ）の
ウインドーを動かした場合の小ブロックＢ（ｉ＋ｘ，ｊ
＋ｙ）とをもとに、数式４に示すブロックマッチングに
より最小評価値となる試行ベクトル（ｘ，ｙ）の評価値
Ｖ（ｘ，ｙ）と試行０ベクトル（０，０）の評価値Ｖ
（０，０）を数式５より求める。

【００２４】

【数４】

【００２５】

【数５】

【００２６】数式４及び数式５で求めた、Ｖ（ｘ，ｙ）
とＶ（０，０）をもとに数式６に示す動き補償ＯＮ／Ｏ
ＦＦ判定処理を行い最適動きベクトル（ｘ，ｙ）ｒを求
める。

【００２７】

【数６】

【００２８】ここでＴｉは、前フレームの量子化特性
（Ｓｔｅｐ）を格納している量子化制御回路から量子化
特性１６に応じて動き補償ＯＮ／ＯＦＦ判定のためのし
きい値である。量子化特性としきい値Ｔｉの対応一例を
表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】次に、求められた最適動きベクトル２１は
可変メモリ８に入力され、フレームメモリ７に格納され
ている前フレームの局部復号画像２０を動きベクトル量
に応じて移動させることにより動き補償された画像信号
２２を得る。動き補償された画像信号２２と入力画像信
号１１を差分器１で差分を取ることにより時間的冗長が
除かれた動き補償フレーム間差分信号１２が得られる。

【００３１】さらに動き補償フレーム間差分信号１２を
８×８の小ブロックｆ（ｘ，ｙ）に分割し、直交変換器
２でＤＣＴ変換を施した出力信号Ｆ（ｕ，ｖ）１３が数
式７で得られる。ＤＣＴ変換は、数式５で求められる。

【００３２】

【数７】

【００３３】直交変換器２の出力信号Ｆ（ｕ，ｖ）１３
は、２次元周波数分解したものと同等の性質を持ち、
ｘ，ｙの番号が大きいほど高域の周波数成分を表す。Ｄ
ＣＴ変換は、入力画像に対するパワーが低域に集中する
特性があり、人間の目が高域成分に対して鋭い視覚特性
を持つことを利用し、直交変換器２の出力信号１３を量
子化器３に入力して高域成分を落とす操作を行い視覚的
に劣化させずに空間的冗長を除く。量子化器３の一例と
して数式６に示す線形量子化があり、その出力１４は直
交変換器２の出力信号Ｆ（ｕ，ｖ）１３の量子化番号
（Ｉｎｄｅｘ）１５となる。線形量子化の特性信号（Ｓ
ｔｅｐ）１４は、量子化制御器１０より与えられる。

【００３４】 Ｉｎｄｅｘ＝ＦＩＸ［Ｆ（ｕ，ｖ）／Ｓｔｅｐ］ ＦＩＸ：小数点以下を切り捨て、整数化を行う処理 逆量子化器４は、量子化器３からの量子化番号（Ｉｎｄ
ｅｘ）１５と量子化制御器１０からの線形量子化の特性
信号（Ｓｔｅｐ）１４をもとに対応する量子化代表値
Ｆ′（ｕ，ｖ）１７を出力する。量子化代表値Ｆ′
（ｕ，ｖ）１７は、直交逆変換器５に入力され直交変換
の逆変換に当たる数式７の処理を施し周波数分解された
信号Ｆ′（ｕ，ｖ）を数式８の空間領域信号ｆ′（ｘ，
ｙ）１８に逆変換する。

【００３５】

【数８】

【００３６】空間領域に逆変換された信号ｆ′（ｘ，
ｙ）１８と動き補償された画像信号２２を加算器６で加
算することにより局所復号信号１９を得る。現フレーム
の局所復号信号１９は、フレームメモリ７に格納され次
のフレームの符号化に使用される。

【００３７】以上のように前フレームの量子化特性を保
持し、その特性に応じて動き補償ＯＮ／ＯＦＦを判定す
るしきい値の制御が可能となり、本発明は実施できる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
前フレームの量子化特性を保持し、その特性に応じて動
き補償ＯＮ／ＯＦＦを判定するしきい値を発生する回路
を追加することにより、従来固定動き補償ＯＮ／ＯＦＦ
判定しきい値であるがために前フレームの量子化特性に
よっては発生情報量を増加させてしまう欠点を解決し、
最適な動き補償効果を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動き補償フレーム間符号化方式の一実
施例を示すブロック図である。

【図２】従来の動き補償フレーム間符号化方式を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１，２１ 差分器 ２，２６ 直交変換器 ３，２７ 量子化器 ４，２８ 逆量子化器 ５，２９ 直交逆変換器 ６，２２ 加算器 ７，２３ フレームメモリ ８，２４ 可変メモリ ９，２５ 動き検出器 １０ 量子化制御器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力動画像信号と前フレームの画像信号
   とを小ブロックに分割し、それぞれ小ブロック毎に検出
   した動きベクトルをもとに動き補償を施す手段と、前記
   動き補償を施す手段から出力される画像信号と前記入力
   動画像信号とを減算することで得られる動き補償フレー
   ム間差分信号を直交変換処理する直交変換器と、フレー
   ム毎に量子化特性を制御する量子化制御器と、該量子化
   制御器からの特性指示に応じて前記直交変換器からの信
   号を量子化する量子化器と、該量子化器からの量子化番
   号と前記量子化制御器からの量子化特性指示をもとに逆
   量子化を施し量子化代表値を求める逆量子化器とを含
   み、該逆量子化器からの量子化代表値を直交逆変換後の
   出力と前記動き補償を施した前記画像信号とを加算し、
   復号画像を得る動き補償フレーム間符号化方式におい
   て、前記量子化制御器に格納されている前記前フレーム
   の量子化特性に応じて、前記動き補償を施すか否かのし
   きい値を制御することを特徴とする動き補償フレーム間
   符号化方式。